Влияние кислорода на воду, безалкогольные напитки

Министерство образования и науки РФ

Иркутский Государственный Технический университет

Кафедра химической технологии

Реферат на тему:

«Влияние кислорода на воду, без алкогольные напитки »

Выполнил:

Проверил:

Иркутск2007г.

Содержание

1. Вода

2. Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод

3. Антиоксидантные свойства питьевой воды

4. Безалкогольные напитки

5. Двухступенчатое озонирование в технологии очистки диффузионного сока

6. Влияние озонирования дефекованного сока на качественные показатели очищенного сока

7. Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации.

Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод

К минеральным питьевым столовым водам в соответствии с терминологией ФАО/ВОЗ [1] относят воды с пока-зателем «минерализация» (М) менее 1 г/дм³, подземного происхождения, постоянного состава и разливаемые без его изменения.

Если в европейских странах наи-большим спросом пользовались воды с низкой минерализацией, такие, как «Перье», «Эвиан», и др., то в России, обладающей уникальными месторож-дениями минеральных вод, традицион-но разливали преимущественно воды лечебно-столовые и лечебные, т.е. воды с М выше 1 г/дм³ И лишь в последние десятилетия изменилась структура производства и потребления расфасо-ванной в емкости минеральной воды.

Увеличение спроса и соответствен-но квоты минеральных столовых вод на потребительском рынке связано с про-цессами антропогенного воздействия на поверхностные и грунтовые воды, обеспечивающие системы централи-зованного и нецентрализованного пи-тьевого водоснабжения, и ухудшением качества питьевой воды.

С ростом номенклатуры разливае-мых минеральных вод возросло коли-чество фальсификаций продукции, что, в свою очередь, актуализировало про-блему их идентификации

В то время как задача идентифика-ции и подтверждения генезиса мине-ральных лечебных и лечебно-столовых вод трудна, но разрешима [2], проблема подтверждения соответствия состава столовых вод их наименованию до на-стоящего времени практически не ре-шалась.

Минеральные воды разливают по общим [3] или индивидуальным для каждого наименования техническим условиям, в этих документах описаны качественные характеристики, выра-женные посредством регламентиро-вания количественного содержания основных макрокомпонентов, значения показателя «минерализация» и специфических компонентов и сформу-лированы требования к безопасности вод. Кроме того, в документах общего назначения [4] установлены предель-но допустимые содержания токсичных элементов в водах.

Европейские требования к безопас-ности и качеству минеральных вод [5] в отношении содержания ксенобиотиков, таких, как пестициды, нефтепродукты, полиароматические углеводороды и др., не совпадают с отечественными из-за отсутствия аналогичных нормативов в действующих документах.

В отечественной литературе име-ются разрозненные сведения [6-8], посвященные миграции персистент-ных токсикантов в минеральные воды, которые так же могли бы быть исполь-зованы в качестве идентификационных показателей.

Ранее [9], исследуя закономерности формирования минеральных лечебно-столовых и лечебных вод, служащие основой для их идентификации, нашли, что выявление генезиса базируется на комплексе данных об основном хими-ческом составе и содержании специфи-ческих компонентов.

Задача идентификации минеральных столовых вод значительно сложнее.

По органолептическим признакам столовые воды различаются незна-чительно, так как вкусовые качества формируются соотношением основ-ных ионов, таких, как гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, кальций, магний, натрий и калий, и их количеством.

Так как суммарное содержание основных ионов лимитировано величи-ной 1 г/л, оно практически не оказыва-ет влияния на вкус воды. Вместе с тем существенное влияние на вкус или его «маскировку» оказывает насыщение вод диоксидом углерода, повышающее жаждоутоляющие свойства воды. Та-ким образом, технологический при-ем -- газирование вод -- еще больше уменьшает различия в органолептических свойствах.

Кроме того, в отличие от подзем-ных вод с высокой минерализацией, содержащих в значимых количествах

такие специфические компоненты, как литий, стронций, бораты, силикаты, позволяющие их идентифицировать, в столовых водах эти компоненты, как правило, присутствуют в низких кон-центрациях, что значительно усложня-ет идентификацию.

Если на первом этапе исследований информация о содержании и соотноше-нии макрокомпонентов может служить основой для объединения столовых вод в группы, то идентифицировать воду конкретного наименования на основа-нии таких данных не представляется возможным.

Поэтому задача установления гене-зиса столовых вод может быть решена только на основании данных химиче-ских анализов максимально возмож-ного количества микроэлементов и выявлении соотношений комплекса компонентов, характерных для вод оди-накового происхождения.

Состав подземных вод формируется во времени, подчиняется строгим зако-номерностям, зависящим от тектони-ки, истории геологического развития планеты и отдельных геологических структур, рельефа, климата [10].

Существующее многообразие типов минеральных вод обусловлено геохи-мической ситуацией водоносных гори-зонтов конкретных регионов. Конечный этап формирования представляет собой равновесие системы «вода <=> порода» и выражается формулой: вода <=> неорга-нические соединения <=> органические соединения <=> газы [11].

Так как цель работы -- выявление комплекса специфических, присутству-ющих в водах компонентов, их соотно-шения присущим данному водоносному горизонту (ВГ), называемым в дальней-шем «идентификационными комплекса-ми» (ИК), то при прогнозировании ИК рассматривали влияние геохимии водовмещающих пород на формирование со-става воды.

Например, взаимодействие воды с карбонатными породами, самые распро-страненные минералы которых -- це-лестин и стронцианит, обусловливает присутствие стронция, а повышенное содержание лития характерно для вод, залегающих в глинистых водовмещающих породах [12].

Были изучены химические составы многочисленных проб вод, отобранных из скважин, вскрывающих Касимов-ский, Гжельско-Ассельский, Окско-Протвинский, Подольско-Мячиковский и Каширский водоносные горизонты. Московского артезианского бассейна.

Полученную в результате монито-ринга аналитическую информацию си-стематизировали и использовали для обоснования критериев идентифика-ции вод.

После статистической обработки данных химических анализов нашли достоверные диапазоны содержания компонентов для каждого водоносного горизонта (табл. 1).

Сравнивая данные по содержанию компонентов в пробах вод, отобран-ных из разных скважин, вскрывающих определенный водоносный горизонт, установили, что концентрации макро- и микрокомпонентов незначительно меняются.

Такие изменения характерны для всех водоносных горизонтов, зависят от неравномерного распределения мине-ралов, составляющих водовмещающие породы, и наличия зон повышенной трещиноватости и закарстованности.

Наличие закарстованности и трещиноватости в отдельных зонах нару-шает линии водоупоров, разделяющих водоносные горизонты, что способ-ствует смешению вод из различных го ризонтов и, следовательно, приводит к локальным изменениям их состава. Кроме того, рост концентраций неко-торых компонентов в водах, принад-лежащих одному водному горизонту, зависит напрямую от глубины скважи-ны, т.е. гидрогеохимической зональ-ности [13].

Из данных табл. 1 видно, что диапа-зоны концентраций некоторых компо-нентов, а также значения показателя «минерализация» (М) в водах из раз-личных водоносных горизонтов близки или тождественны.

По подобию макрокомпонентных со-ставов объединили воды различных го-ризонтов в группы. К первой группе от-несли воды Окско-Тарусского (С₁,ok-tr) и Турабьевского (С₃trb) горизонтов. Водовмещающие породы Окско-Тарус-ского горизонта составлены известня-ками с прослоями глин и песчаников. Турабьевский горизонт приурочен к известнякам и доломитам, кровля гори-

Таблица 1

Таблица 2

По тому же принципу во вторую груп-пу объединили воды -- Гжельско-Ас-сельского и Касимовского горизонтов. Гжельско-Ассельский горизонт пред-ставлен известняками. Водовмещающие породы Касимовского горизонта состо-ят из светлых известняков и доломитов, в различной степени трещиноватыми и закарстованными, с выдержанными по простиранию и мощности первоцветны-ми глинистыми прослоями.

Воды этой группы относят к хлорид-ным сульфатным гидрокарбонатным натриево-магниево-кальциевым или сульфатным хлоридным гидрокарбо-натным натриево-магниево-кальцие вым. Их ионный состав выражен похо-жими формулами:

или

В третью группу объединили воды с высоким содержанием сульфатов Ка-ширского, Подольско-Мячиковского и Окско-Протвинского горизонтов. Все эти горизонты приурочены к известнякам и доломитам с незначительными прослоя-ми глин и мергелей. Окско-Протвинский водоносный горизонт отличается нали-чием трещиноватых известняков.

Макрокомпонентный состав вод тре-тьей группы описывается как гидрокар-бонатный сульфатный магниево-натри-ево-кальциевый или гидрокарбонатный сульфатный натриево-магниево-каль-циевый и выражается так же подобны-ми формулами

или

Установленные различия между группами вод в отношении ионно-со-левого состава очевидны. В пределах одной группы, воды так же отличаются между собой.

Для выявления набора отличи-тельных компонентов для каждого водоносного горизонта провели нор-мализацию аналитической информа-ции после усреднения химических данных, т.е. приняли минимальное значение концентрации каждого ком-понента за единицу, затем относи-тельно его рассчитывали содержания аналогичного компонента в других водных горизонтах. Получили данные (табл. 2), наглядно демонстрирующие

индивидуальные характеристические наборы для каждого изучаемого водо-носного горизонта.

Из данных табл. 2 видно, что воды Окско-Тарусского и Турабьевского го-ризонтов, объединенные по ионно-со-левому составу в первую группу, раз-личаются не только концентрациями кальция, магния, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, но и содержани-ем диоксида кремния.

Согласно данным табл. 2, для диф-ференцирования вод второй группы -- Гжельско-Ассельского и Касимовского горизонтов, характеризующимся по-хожими формулами, целесообразно использовать данные по содержанию лития, натрия, стронция, фторидов и сульфатов. Для обоих водоносных го-ризонтов характерна повышенная кон-центрация боратов и силикатов.

Повышенное содержание боратов характерно также и для вод третьей группы. Как и в ранее рассмотренных случаях, воды третьей группы объеди-нены по принципу подобия составов и относятся к гидрокарбонатно-сульфат-ным натриево-магниево-кальциевым (магниево-натриево-кальциевым).

Ионно-солевой состав вод этой груп-пы значительно отличается от составов вод, рассмотренных выше, с высокой концентрацией сульфатов. Вместе с тем для вод каждого из этих водоносных горизонтов характерно содержание от-личительных компонентов, таких, как литий, магний, фториды, хлориды, суль-фаты.

Анализ приведенных в обеих табли-цах данных позволил выделить особен-ности, характерные для вод, добытых из каждого водоносного горизонта. Так, воды Турабьевского горизонта отлича-ются наименьшим значением минера-лизации, Гжельско-Ассельского -- вы-сокой концентрацией боратов и силика-тов, Подольско-Мячиковского -- лития, стронция, фторидов, сульфатов.

Используя усредненные и нормали-зованные данные, представленные в табл. 1 и 2, легко отнести изучаемую пробу воды к какой-либо из групп. Сле-довательно, эти таблицы служат осно-вой для идентификации вод, а данные, приведенные в них, -- основой для составления идентификационных ком-плексов.

Помимо включенных в таблицы компонентов для вод, добываемых из отдельных скважин, как было указано выше, из-за особенностей строения водовмещающих пород возможно на-личие особых специфических микро-элементов. Такие элементы устанавли-вают дополнительно при выполнении химических анализов.

Следовательно, основной ИК мине-ральных столовых вод, добываемых из изученных ВГ, включает макрокомпо-ненты, составляющие формулу воды: натрий, магний, кальций, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты. Дополни-тельный ИК содержит микроэлемен-ты: литий, стронций, калий, фториды, бораты, силикаты. Кроме того, в каче-стве идентификационных могут быть использованы артекомпоненты, такие, как токсичные компоненты (например, нитриты, нитраты или персистентные ксенобиотики, мигрировавшие в систе-му, ответственную за формирование воды).

Антиоксидантные свойства питьевой воды

Природная вода -- сложная гетерофазная система, находящаяся в квазиравновесном состоянии и реагирующая на все внешние воздействия. Ее состав характеризуется тесной взаимосвязью между неорганиче-скими и органическими компонентами и подчиняется общим законам физи-ко-химической теории растворов. Любое внешнее воздействие (с привнесением ре-агентов или без таковых) приводит к на-рушению сложившихся в воде физико-хи-мических равновесий и созданию новых, что ведет к изменению концентращ1И всех химических элементов.

В зависимости от того, какими параме-трами обладает вода, она может быть лечеб-ной, полезной, вредной и даже смертельно опасной. От того, какую воду пьет человек, без всякого преувеличения напрямую за-висят его здоровье и даже сама жизнь. Во многих экономически развитых странах запасы пресной воды катастрофически со-кращаются. В будущем возможны серьез-ные разногласия и противоречия между странами из-за дефицита пресной воды.

Согласно сообщению Всемирной орга-низации здравоохранения, вследствие упо-требления недоброкачественной питьевой воды в мире ежегодно умирает 5,3 млн че-ловек, а по прогнозам в течение ближай-ших 30 лет количество людей, которые не будут иметь доступа к доброкачествен-ной воде, увеличиться с 1,4 до 2,3 млрд че-ловек. По данным ЮНЕСКО, более 80 % недугов, поражаюцщх человечество, воз-никают в результате потребления питье-вой воды низкого качества, так как именно с водой в организм человека попадают тя-желые металлы, фенолы, нитраты, хлори-стые соединения, ядохимикаты и другие вредные вещества [ 1 ].

Поэтому процессы подготовки питьевой воды в соответствии со структурой приме-сей природных вод и показателем ее каче-ства должны предусматривать удаление из воды вредных минеральных и органи-ческих веществ, устранение из воды пато-генной микрофлоры и вирусов, улучшение органолептических свойств воды (мутно-сти, цветности, запаха, привкуса), а также обогащение воды полезными микро- и ма-кроэлементами.

На практике в нашей стране воду, пред-мапмаченмую для системы центрального водоснабжения, подвергают только освет-лению, обесцвечиванию, обезжелезива-нию и обеззараживанию.

Кроме централизованных систем в го-родских квартирах или в коттеджах ис-пользуют устройства для очистки воды, ко-торые в зависимости от технологии можно разделить на шесть основных групп: меха-

нические фильтры грубой очистки; ультра-фиолетовые обеззараживатели; адсорб-ционные очистители; электрохимические обеззараживатели; картриджные системы, в которых обычно сочетаются три процес-са: механическое фильтрование; хими-ческое и адсорбционное взаимодействие воды с картриджем; химическое обезза-раживание воды; мембранные фильтры.

Первая, вторая, третья и шестая груп-пы бытовых устройств для очистки воды относятся к безреагентным системам водо-подготовки и, следовательно, в очищенную воду не поступают и в ней не образуются химические вещества, которые отсутство-вали в исходной воде. Электрохимические и картриджные системы -- это реагентные системы водоподготовки.

Указанные и другие технологии по-лучения питьевой воды не обеспечивают соблюдения необходимого диапазона зна-чений окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и водородного показа-теля (рН).

Величина рН должна иметь слабоще-лочную реакцию и находиться в пределах от 7,2 до 8,5, что физиологически близко для организма человека. Данный интервал рН позволяет лучше сохранить кислотно-щелочное равновесие жидкостей в орга-низме, в большинстве своем имеющих

слабощелочную реакцию. Кроме того, сме-щение рН межклеточной и внутриклеточ-ной среды в сторону более щелочного со-стояния затрудняет размножение болезне-творных микробов и благоприятствует вос-становлению дружественных организму бактерий, в частности бифидобактерий, а также обеспечивает иммунной системе возможность эффективно поддерживать оптимальную защиту. ОВП внутренней среды организма человека (измеренный на платиновом электроде относительно хлорсеребряного электрода сравнения) обычно находится в пределах от +100 до -200 милливольт (мВ), т.е. внутренние среды человеческого организма находятся в восстановленном состоянии. ОВП обыч-ной питьевой воды (вода из под крана, пи-тьевая вода в бутылках и пр.), измеренный таким же способом, практически всегда больше нуля и обычно находится в преде-лах от +150 до +360 мВ (см. таблицу). В течение всей жизни человек подвер-гается воздействию различных вредных внешних факторов -- плохая экология, не-правильное и зачастую некачественное пи-тание, применение некачественной питье-вой воды, стрессовые ситуации, курение, злоупотребление алкоголем, применение лекарственных препаратов, болезни и мно-гое другое. Все эти факторы способствуют разрушению окислительно-восстанови-тельной системы регуляции организма, в результате чего процессы окисления на-чинают преобладать над процессами вос-становления, защитные силы организма и функции жизненно важных органов че-ловека начинают ослабевать и уже не в со-стоянии самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям. Замедлить преобладание окислительных процессов над восстановительными можно с помо-щью антиокислителей (антиоксидантов). Нормализовать баланс окислительно-вос-становительной системы регуляции (с тем, чтобы укрепить защитные силы организ-ма и функции жизненно важных органов и позволить организму самостоятельно противостоять различного рода заболе-ваниям) можно с помощью антиоксидан-тов. Чем сильнее антиоксидант, тем бо-лее ощутим его протйвоокислительный эффект. Доказано, что антиоксидантные свойства воды с отрицательным ОВП мно-гократно сильнее обычных антиоксидан-тов, поскольку молекулярная масса воды существенно меньше, чем у других анти-оксидантов, и поэтому общее количество молекулярных единиц восстановительного (электронодонорного) действия в объеме воды намного больше по сравнению с эк-вивалентным объемом обычных антиокси-дантов. Более того, все известные антиок-сиданты при определенных условиях могу превращаться в прооксиданты, т.е. могут усиливать действие окислительных про-цессов как при избытке антиоксидантов в организме, так и при их недостатке.

Вода с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом за счет своих восстановительных свойств норма-лизует окислительно-восстановительный баланс в организме, что приводит [2,3]:

к замедлению старения организма и из-лечению от целого ряда заболеваний;

нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта путем стимулирования процесса роста собственной нормальной микрофлоры (бифидобактерий и лактобацилл) и подавления патогенной и услов-но-патогенной микрофлоры, в том числе золотистого с тафилококка, сальмонеллы, шигеллы (дизентерия), кандиды, аспергил, листерий, клостридий, синегнойной палоч-ки, хеликобактерий пилори (которая счи-тается основной причиной возникновения язвенных болезней);

активизации и восстановлению иммун-ной системы у людей с ослабленным им-мунитетом и после иммунодепрессивной терапии, в том числе после воздействия лучевой и химиотерапии, в послеопераци-онный и реабилитационный периоды;

укреплению антимутагенной (антикан-церогенной) системы организма;

восстановлению детоксицирующей функции печени и восстановлению пече-ночной ткани;

ускоренному ранозаживлению и умень-шению воспалительных процессов в орга-низме;

подавлению вирусов гепатита С, герпе-са и гриппа;

улучшению общего самочувствия;

обеспечению ускоренного роста и со-зревания растений без использования хи-микатов, например овощей в тепличных хозяйствах.

Двухступенчатое озонирование в технологии очистки диффузионного сока

Для очистки соков свеклосахарного про-изводства в качестве основных реагентов используют известь и диоксид углерода. Один из путей совершенствования техно-логии очистки сахарсодержащих раство-ров -- использование окислителей как до-полнительных реагентов очистки с целью повышения показателей качества получае-мых продуктов, а также снижения расхода извести и диоксида углерода [3].

Вместе с тем одна из проблем развития современных технологий -- проблема эко-логии. Применение различных химических препаратов на всех стадиях производства приводит к постепенному их накоплению в окружающей среде и в конечном счете к отрицательному воздействию на качество продукции [1].

Озон как естественное природное ве-щество с этой точки зрения экологически безопасен. Он не накапливается в окружа-ющей среде, активно вступает в реакции с различными группами соединений и бы-стро разлагается на молекулярный и ато-марный кислород. Продукты реакций озо-на, в основном окислы, также не являются токсичными или вредными соединениями, как, например, большинство хлороргани-ческих соединений, при этом данный окис-литель способен разлагать такие вещества, как пестициды и другие химикаты, до бо-лее безопасных форм [2]. По действию на живые объекты озон может проявлять как стимулирующую, так и биоцидную направленность, а также способен замед-лять процессы метаболизма живой клетки.

Ранее нами были проведены иссле-дования воздействия озонирования на качественные показатели очистки при об-работке сока основной дефекации. Опыты проводили по классической известково-углекислотной схеме с включением эле-мента озонирования. Установлено, что це-лесообразно проведение комбинированной очистки диффузионного сока с применени-ем озона при температуре 80С, его кон-центрации в озоно-воздушной смеси 7 г/м^ и расходе 3,25 м^ смеси на 1 м³ сока [5, 6].

Такая одноступенчатая обработка не позволяет в полной мере удалить крася-щие вещества, поскольку в процессе даль-нейшей очистки образуются новые темно-окрашенные соединения, а также другие растворимые несахара. В связи с этим проведены исследования по разработке способа очистки диффузионного сока с использованием двукратного введения озона: на горячей ступени основной де-фекации и на дополнительной дефекации перед II сатурацией.

Предусмотренное количество озоно-воз-душной смеси 0,5-3,0 м³ на I м³ сока с кон-центрацией в ней озона 3-10 г/м^ делили на две равные части и подавали на горячую ступень основной дефекации и на дополни-тельную дефекацию перед II сатурацией.

Диффузионный сок направляли на прогрессивную преддефекацию до рН 10,8-11,2 при температуре 54...56 °С, комбинированную основную дефекацию с расходом извести 2,0-2,5 % к массе сока, в процессе проведения горячей ступени основной дефекации сок обрабатывали одной частью диспергированной озоно-воздушной смеси. Далее осуществляли I сатурацию при температуре 85...90 °С до конечного значения рН 10,8-11,2, отделе-ние осадка путем фильтрования, дефека-цию перед II сатурацией продолжительнос-тью 4-6 мин при температуре 80...85 °С и расходе извести 0,2-0,3 % к массе сока. В процессе дефекации перед II сатурацией сок обрабатывали второй частью дисперги-рованной озоно-воздушной смеси. Далее проводили II сатурацию при температу-ре 85...90 °С до конечного значения рН 9,0-9,5 и отделение осадка путем филь-трования. Полученный сок анализирова-ли. Результаты представлены в таблице.

Примечание. Чистота диффузионного сока 86,6%.

При обработке сока озоно-воздушной смесью в процессе основной дефекации происходит интенсивное разложение мо-носахаридов, продукты распада которых в щелочной среде окисляются с образова-нием постоянных бесцветных соединений вместо того, чтобы конденсироваться в вы-сокомолекулярные красяище вещества. Но процессы образования красящих веществ активно продолжаются в щелочной среде

на дефекации перед II сатурацией, что при-водит к снижению эффекта, достигнутого при озонировании. Эту проблему позволя-ет избежать обработка сока озоном в две ступени: в процессе основной дефекации и в процессе дефекации перед II сатураци-ей. Таким образом, снижается цветность и предотвращается ее образование не только на основной дефекации, но и на дефекации перед II сатурацией [4].

Озонирование сока в процессе основ-ной дефекации неразрывно связано с воз-действием окислителя на значительную массу осадка, в связи с этим дополни-тельное количество озона расходуется на окисление органической части коагулята. В результате происходит пептизация осаж-денной массы и часть несахаров перехоз^т обратно в раствор, снижая чистоту сока. Двухступенчатая обработка озоно-воз-душной смесью позволяет снизить объем продуваемого газа на основной дефекации, что сопровождается более низкой степе-нью пептизации несахаров. На второй ступени, при озонировании в процессе де-фекации перед II сатурацией, происходит дополнительное окисление несахаров с образованием сложных промежуточных соединений, которые в процессе II сатура-ции адсорбируются на осадке карбоната кальция, повышая чистоту сока.

Таким образом, комбинированная очистка диффузионного сока с обработ-кой сока озоном в две ступени достаточно эффективна, так как при этом повышается эффект очистки на 7,4 %. Предложенный способ обеспечивает увеличение чистоты очищенного сока на 0,95 %, снижение его цветности на 22,1 % по сравнению с клас-сической схемой очистки.

Влияние озонирования дефекованного сока на качественные оказатели очищенного сока

Применение окислителей в процессе очистки сахарсодержащих растворов приводит к значительному ингибирова-нию реакций образования темноокрашен-ных соединений и снижению цветности продуктов превращения редуцирующих веществ [4-6]. Результаты исследований воздействия окислителей и восстанови-телей на отдельные группы красящих ве-ществ также свидетельствуют о преиму-ществе окислителей в области обесцвечи-вания сахарсодержащих растворов [2].

В данной работе проведено исследо-вание процесса озонирования в услови-ях очистки диффузионного сока, в част-ности на этапе дефекации перед II сату-рацией. Определяли влияние обработки озоном на чистоту, цветность, массовые доли солей кальция и редуцирующих ве-ществ очищенного сока.

Опыты проводили следующим об-разом. Диффузионный сок направляли на прогрессивную преддефекацию до рН 10,8-11,2 при температуре 54...56 °С, комбинированную основную дефекацию с расходом извести 2,0-2,5 % к массе сока. Далее осуществляли I сатурацию при температуре 85...90 °С, конечное значение рН 10,8-11,2, отделение осадка путем фильтрования, дефекацию перед II сатурацией продолжительнос-тью 4-6 мин при температуре 80...85 °С и расходе извести 0,2-0,3 % к массе сока. В процессе дефекации перед II сатурацией сок обрабатывали озоно-воздушной смесью при температуре 60... 100 °С с расходом озоно-воздушной смеси 0,5-6,0 м³/м³ сока и концентра-цией в ней озона 2-12 г/м³. Далее про-водили II сатурацию при температуре 85...90 °С до конечного значения рН 9,0-9,5 и отделение осадка путем филь-трования. Результаты анализа очищен-ного сока представлены на рис. 1-4.

Из представленных графиков видно, что рациональные условия обработки озоном дефекованного сока следующие: температура 85 °С, расход озоно-воз-душной смеси 4,5 м³/м³ сока, концен-трация озона 10 г/м³.

Насыщение полупродуктов озоном в процессе очистки диффузионного сока осуществляется с целью инициа-лизации протекания дополнительных химических реакций, в результате кото-рых происходит окисление целого ряда несахаров, сопровождающееся их рас-падом. Продукты распада, а также обра-зовавшиеся промежуточные соединения впоследствии способны адсорбироваться на карбонате кальция. Некоторые соеди-нения (например, гуминовые вещества) окисляются до диоксида углерода и воды [3]. При этом наблюдаются повышение чистоты и скорости седиментации, сни-жение фильтрационного коэффициента и цветности очищенного сока.

Озон обладает большой избыточной^, энергией молекулы (24 ккал/моль). При осуществлении технологических опера-ций он легко взаимодействует с вещества-ми щелочного характера, фенолсодержа-щими соединениями, макромолекулами белков, высокомолекулярными соедине-ниями и др., что в большинстве случаев сопровождается их деструкцией и адсорб-цией продуктов реакций на карбонате кальция. При этом снижается цветность и повышается эффективность удаления несахаров из очищенного сока [1].

В связи с высоким окислительным по-тенциалом молекулярного озона при об-работке дефекованного сока происходит интенсивное разложение моносахари-дов, продукты разложения которых в ще-лочной среде окисляются с образовани-ем устойчивых бесцветных соединений, что предотвращает цветообразование.

Насыщение озоном промежуточных продуктов сахарного производства при-водит к значительному снижению ин-тенсивности их окраски, что объясня-ется воздействием растворенного озона на присутствующие в реакционной среде молекулы красящих веществ. При этом происходят окисление высокомолеку-лярных соединений и разрыв двойных связей углеродного скелета, чем и обу-словлено снижение цветности и вязко-сти сахарсодержащего раствора.

В результате пониженной устойчиво-сти несахаров в сильнощелочной среде с увеличением щелочности наблюдается интенсификация процессов окисления и разложения несахаров под действием озона. Образующиеся при этом озони-ды и молозониды могут реагировать с Са(0Н)2 с образованием нетоксичных соединений в виде осадка.

С повышением температуры сока рас-творимость озона в нём уменьшается, но, как известно, увеличивается скорость химических реакций и соответственно скорость взаимодействия озона с неса-харами, поэтому при увеличении темпе-ратуры процесса до 80 °С происходит интенсификация разложения и удаления не-сахаров.Повышение температуры выше 80 °С приводит к увеличению цветности и снижению эффекта очистки за счет значительного снижения растворимости озона в реакционной среде, хотя скорость химических реакций при этом достаточно высокая.

Повышение концентрации или рас-хода озоно-воздушной смеси выше экс-периментально установленных значений практически не вызывает изменения по-казателей качества очистки диффузион-ного сока, к тому же при этом снижается коэффициент утилизации озона и значи-тельно увеличиваются энергетические за-траты. Следовательно, проводить очистку при таких параметрах нецелесообразно.

Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации

Для производства безалкогольного пива существует ряд побуждающих при-чин: все шире пропагандируется здоровый образ жизни; потребителями такого пива могут стать водители, которым не при-дется бояться негативных последствий; религиозные причины, накладывающие запрет на потребление алкоголя.

В настоящее время существует ряд технологий производства безалкогольно-го пива, которые условно можно подраз-делить на две группы: технологии, по ко-торым подавляется процесс образования спирта, и технологии, где спирт удаляется из готового пива.

В первой группе технологий исполь-зуют специальные штаммы дрожжей, не сбраживающие мальтозу в алкоголь (или сбраживающие в ограниченном объеме). Кроме того, при получении без-алкогольного пива предотвращается об-разование спирта вследствие понижения температуры брожения по достижении определенной степени сбраживания. По этим технологиям производится пиво с высоким содержанием остаточных Са-харов и с преобладанием сладковатого привкуса. На вкус такого пива влияет от-сутствие продуктов брожения. Данные сорта можно назвать скорее безалкоголь-пыми напитками, чем пивом. Во второй группе технологий алкоголь удаляется из готового пива одним из двух способов: термическим, когда алкоголь удаляется с помощью тепловой энергии с использо-ванием низкой точки кипения алкоголя; мембранным с помощью мембран с очень мелкими порами для удаления алкоголя за счет различия в размере молекул.

Данная работа посвящена разработ-ке технологии безалкогольного пива, основанной на ограничении образования этилового спирта за счет повышенной аэрации пивного сусла кислородом воздуха перед главным брожением. В результате происходит частичный перевод процесса брожения на процесс дыхания с последу-ющим увеличением биомассы дрожжей и уменьшением образования спирта. В то же время из-за наличия некоторого количества в сусле несброженных Саха-ров наряду с процессом дыхания идет и процесс брожения, в результате кото-рого образуются вкусовые и ароматиче-ские веществ, обусловливающие букет зрелого пива.

Известно, что во время брожения дрож-жи выделяют в пиво целый ряд продуктов метаболизма, которые претерпевают ко-личественные и качественные изменения, частично реагируя друг с другом. Побоч-ные продукты брожения имеют решающее значение для качества готового пива, по-этому их образование и расщепление нуж-но рассматривать вместе с метаболизмом дрожжей. Это вещества, формирующие букет молодого пива (диацетил, альдеги-ды, сернистые соединения). Они придают пиву нечистый, зеленый, незрелый вкус и запах и при повышенной концентрации отрицательно влияют на качество пива, но в ходе брожения и созревания могут быть удалены из пива биохимическим пу-тем, в чем и состоит цель созревания пива. Вторая группа -- вещества, формирующее букет готового пива (высшие спирты, эфи-ры). Они в значительной мере определяют аромат пива: их наличие в определенной концентрации служит предпосылкой для получения качественного пива. Эти вещества в отличие от первой группы не могут быть удалены из пива технологи-ческим путем.

Образование побочных продуктов брожения и синтез запасных веществ дрожжей зависят от словий процесса. Значительное влияние оказывает азотный обмен дрожжей и скорость размножения. Некоторые продукты (например, пируват) накапливаются при размножении, дру-гие (ацетат) -- когда дрожжевые клетки не растут. Так как на построение биомас-сы дрожжей используется часть энергии, полученной от брожения, то изменение степени роста означает, что больше или меньше энергии может быть исполь-зовано для синтеза побочных продуктов брожения. Например, при стимулирова-нии роста дрожжей образуется меньше эфиров и больше высших спиртов [1].

Образующиеся при брожении лету-чие вещества принадлежат к различным группам химических соединений: высшие спирты, летучие кислоты, эфиры, альде-гиды и их производные, серосодержащие вещества. Пируват и ацетальдегид -- важ-нейшие метаболиты дрожжей (их высокие концентрации создают неприятный букете и снижают качество пива). К концу глав-ного брожения содержание альдегидов повышается, затем оно снижается. Более высокая норма введения дрожжей, повы-шенная температура и брожение под дав-лением увеличивают образование альдеги-дов, перемешивание -- уменьшает [1].

Образование высших спиртов тесно связано с нормой введения дрожжей, аэ-рацией и температурой.

Летучие вещества, в особенности диацетил и ацетальдегид, достигают мак-симальной концентрации при главном брожении. Кроме того, уже на первых стадиях брожения образуются заметные количества летучих органических и жир-ных кислот [1].

Дрожжи образуют в пиве орган иче-ские кислоты -- уксусную, пировино-градную, молочную, яблочную, лимон-ную и др., которые присутствуют во всех сортах пива.

Продолжительность производствен-ного цикла получения пива определяет-ся в основном длительностью процесса созревания. Под созреванием пива под-разумевают облагораживание молодого пива, выражающееся в улучшении его вкуса и аромата. Достигается это раз-личными физическими и химическими реакциями, протекающими в пиве на ста-дии дображивания. Образуется много новых химических соединений, которых не было в молодом пиве и которые влия-ют на органолептические свойства пива. Из дрожжевых клеток выделяются ком-поненты, придающие готовому продукту определенные консистенцию и вкус. В ре-зультате всех процессов устанавливается равновесие между различными аромати-ческими компонентами [1].

Природа созревания пива очень слож-на. Несомненно, что при выдержке пива происходит эфирообразование.

При созревании пива в нем снижается количество побочных продуктов, придаю-щих ему вкус и аромат незрелого пива.

Среди составных веществ пива огром-ную роль в создании характерного аро-мата и вкуса играют летучие вещества. Однако концентрации их должны быть ниже определенного уровня. Если этого нет, то отдельные летучие соединения или группы их могут доминировать и раз-рушать гармоничность вкуса. По-видимо-му, нет определенного вещества, которое занимало бы ведущее место среди арома-

тических компонентов пива. В настоящее время выделено и идентифицировано боль-шое число индивидуальных ароматических компонентов пива. По влиянию на аромат пива их можно расположить в следующей последовательности: эфиры, диацетил, кислоты, высшие спирты. Другие авторы [1] на первое место ставят диацетил. Кро-ме того, на аромат пива большое влияние оказывают сернистые соединения. Пивные дрожжи большей частью образуют одина-ковые ароматические вещества, однако у разных штаммов количество их значи-тельно колеблется. Это особенно проявля-ется в образовании эфиров дрожжами.

Не вызывает сомнения, что аэрация усиливает образование ацетальдегида, активируя весь процесс брожения. Имеют-ся экспериментальные данные о высокой концентрации ацетальдегида после броже-ния более аэрированного сусла, чем после сбраживания менее аэрированного.

Аэрация сусла, в частности горячего, способствует удалению Н28 и ЗОз, но мо-жет увеличить концентрацию диметил-сульфида[1].

Аэрация не увеличивает содержа-ние диацетила в пиве, но повышает ак-тивность дрожжей, поэтому на ранних стадиях брожения образуется больше ацетолактата. Это может отрицательно повлиять на количество диацетила в пиве, а следовательно, на качество пива.

При недостатке кислорода сбражива-ние экстракта замедляется, что также может привести к высокому содержанию диацетила в пиве [1].

Основные потребительские свойства пива -- его вкус и аромат, которые зависят от содержания различных, в большей степени летучих соединений, образую-щихся в процессе брожения и созревания пива. Незначительное содержание этих соединений не дает возможности опреде-лить их с помощью химических методов. Сложность состава и микроконцентрация компонентов позволяют применять мето-ды физико-химического анализа, из них наиболее объективный для идентифика-ции компонентов -- метод газожидкост-ной хроматографии [2].

Цель работы -- исследование состава летучих продуктов, образующихся при брожении и дображивании пива, обеспечи-вающих его вкус и аромат при получении безалкогольного пива с использованием аэрации сусла кислородом воздуха.

В задачи исследований входило: опре-деление оптимальных параметров про-цесса хроматографии для исследования качественного состава летучих компо-нентов; определение времени выхода чи-стых летучих компонентов; исследование процессов брожения и дображивания при получении безалкогольного пива при по-мощи аэрации сусла кислородом воздуха; исследование образцов готового безалко-гольного пива и проведение сравнитель-ного анализа результатов.

Приготовленное сусло до задачи дрож-жей аэрировали кислородом воздуха до следующих концентраций: в контроль-ном образце -- 6-8 мг/дм³ в опытном образце -- 40-45 мг/дм³ [3, 4, 5].

Для насыщения сусла кислородом ис-пользовали экспериментальную установ-ку, состоящую из кислородного баллона, редуктора с манометрами, трубки, гермегимески соединяющей баллон с сосудом, ишюлненным пивным суслом (рис. 1).

В аэрированное сусло добавляли дрожжи с нормой задачи 20 млн кл./см³ и проводили брожение и дображивание 110 классической технологии.

Для определения летучих компонен-тов в процессе работы был применен газохроматографический анализ (надосадочная колонка), при котором соблюдались определенные параметры хроматографии, оптимальные для максимального разделе-ния смеси (табл. 1).

Количественную обработку хроматограмм производили вручную, т.е. после определения площадей пиков на хрома-тограмме рассчитывали концентрации компонентов в анализируемом образце

С_i(мг/дм³)без введения калибровочного множителя

где Р_i, Р_СТ -- измеряемые параметры хроматографических пиков интересу-ющего и стандартного веществ (пло-щади); f_i -- калибровочный множитель для определяемого соединения относи-тельно стандартного вещества, f_i= 1;

q_ст,q_см -- количества стандартного вещества и анализируемой смеси, ото-бранные и смешанные для анализа.

До анализа дистиллята пива провели идентификацию летучих компонентов, которые в пиве выявляют следующим об-разом: определяют время выхода чистых летучих компонентов и сравнивают с пи-ками на хроматограммах.

Изданных, представленных на рис. 2-7, можно сделать выводы, что в процессе

брожения повышается концентрация всех летучих компонентов в контроль-ном и опытном образцах. В опытном об-разце с содержанием кислорода в сусле 40-45 мг 02/дм³ до задачи дрожжей отме-чаются более высокие значения уксусного альдегида, высших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты по сравнению с контролем. Низкое общее содержание летучих компонентов в обоих образцах можно объяснить более низкой концентра-цией начального пивного сусла (7 %).

В процессе дображивания снижается концентрация уксусного альдегида, причем в опытном образце его значение несколько выше, чем в контрольном. Концентрации остальных летучих компонентов при до-браживании продолжают расти. После 10-13 сут дображивания накопление выс-ших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты незначительно. Исходя из этого, следует предположить, что процесс добра-живания может занимать 10-13 сут при получении безалкогольного пива.

По окончании процесса созревания проводили исследования безалкогольного пива «2его», полученного в лабораторных условиях (табл. 2).

Анализ физико-химических показате-лей полученного образца готового пива, свидетельствует, что пиво «2его» соот-ветствует безалкогольному пиву.

На основании проведенных исследова-ний можно сделать следующие выводы.

В образцах готового пива, полученного с использованием процесса аэрации сусла перед его брожением, идентифицированы следующие летучие компоненты: ацеталь-дегид, этиловый эфир уксусной кислоты, этиловый спирт, н-пропиловый, изобути-ловый, изоамиловый и амиловый спирты.

В процессе главного брожения повы-шается концентрация всех летучих ком-понентов. В опытном образце с содержа-нием кислорода в сусле 40-45 мг 02/дм³ до задачи дрожжей отмечаются более высокие значения ацетальдегида, высших спиртов и этилового эфира уксусной кис-лоты по сравнению с контролем.

Общее низкое содержание летучих компонентов в обоих образцах (опыт и контроль), по-видимому, является след-ствием низкой концентрации начального пивного сусла (7 %).

В процессе дображивания снижает-ся концентрация ацетальдегида, причем в образце с аэрацией сусла его содержа-ние несколько выше, чем в контрольном. Концентрации остальных летучих компо-нентов в ходе дображивания продолжают расти, что свидетельствует о процессе созревания пива

После 10-13 сут дображивания на-копление высших спиртов и этилового эфира уксусной кислоты незначительно, из чего можно сделать вывод, что процесс дображивания при получении безалко-гольного пива проводят не более 13 сут.